高速深螺槽雙螺桿擠出機(jī)不規(guī)則幾何外形螺紋元件

2017-05-13 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

不規(guī)則嚙合元件的價值

同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)經(jīng)歷了多年的發(fā)展演變,采用更深螺槽來提高雙螺桿擠出機(jī)的效率降低剪切。這一特點(diǎn)有助于提高螺桿速度,從而維持相同混合速率并提高擠出機(jī)的自由容積。由于材料的單位質(zhì)量粘性耗散減少,加工效率得以提高。加工材料的能力也得益于直徑比和比扭矩的提高。采用深螺槽的優(yōu)點(diǎn)是自由容積增大(尤其是在饑餓喂料的情況下),由于降低剪切從而熔體溫度減低,排脫能力也得到提高。此外,通過采用較深螺槽,擠出機(jī)在加工某些剪切和溫度敏感材料方面的能力也得到極大提升。高速運(yùn)轉(zhuǎn)下捏合元件引起的熔體溫度升高問題可以用不規(guī)則幾何外形的螺紋元件(Fractional Lobed Element)來解決。這種不規(guī)則捏合元件可以輕易地取代普通捏合元件。

螺紋元件設(shè)計(jì)更靈活

四十年前,Erdmenger就認(rèn)定需要開發(fā)不規(guī)則螺紋元件。Erdmenger曾表示:“迄今為止,這類機(jī)器(雙螺桿擠出機(jī))存在的一個缺點(diǎn)是只能改變軸向的尺寸,不能改變徑向尺寸,例如所使用材料的厚度常常對熱量傳遞,或材料輸送,或者反應(yīng)過程都具有重要影響,它才是實(shí)際中最重要的改變。”

標(biāo)準(zhǔn)的雙螺桿螺紋元件,所有螺紋頂角都相同。如果幾何形狀僅僅基于Erdmenger的設(shè)計(jì),那雙螺桿擠出機(jī)中工作螺紋元件的類型就會受到限制。以一個偏心三頭捏合元件為例,螺紋頂角小的話,其磨損速率會較大。增大頂角,使元件呈圓形,則會減少擠出機(jī)中可用的自由容積。因而,Padmanabhan發(fā)明了具有不同螺紋頂角的元件。這些元件仍然是作為共軛對來持續(xù)工作的,滿足雙螺桿擠出的需要。采用這種新元件結(jié)構(gòu),使得單個螺紋元件設(shè)計(jì)具有更大的靈活性,尤其是在提高對分散混合極為重要的“拉伸應(yīng)變”方面。

嚙合與自清功能完美保持

圖1所示的不規(guī)則螺紋元件的端部輪廓是通過將單頭螺紋轉(zhuǎn)變?yōu)樗念^螺紋輪廓而形成的。圖中所示輪廓是整個轉(zhuǎn)變過程中中間位置的輪廓。在轉(zhuǎn)換過程的每一步,所形成的輪廓必須是互相嚙合的且完全自清。圖2清楚地表明了分類的依據(jù)。最后兩個數(shù)字是用來表示從一棱向兩棱形狀轉(zhuǎn)變的位置。如果凸棱較少一端的棱數(shù)為“n”,凸棱較多的另一端的棱數(shù)為“N”,則最佳轉(zhuǎn)換條件是“N/n”為一個整數(shù)。圖3示出的擠出機(jī)螺桿配置,其常規(guī)設(shè)置的捏合塊用不規(guī)則螺紋元件替代。螺桿速度和螺桿配置是兩個關(guān)鍵變量。機(jī)筒段上示出了各區(qū)溫度。兩種螺桿配置的混煉段捏合長度都保持在180mm,而且兩種配置的壓力升高幅度也匹配。

圖1四頭不規(guī)則螺紋元件形狀1.4.50

圖2不規(guī)則幾何結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生

配置實(shí)例及成功應(yīng)用

圖3裝有不規(guī)則捏合塊的螺桿配置

這個配置中的不規(guī)則螺紋元件結(jié)構(gòu)的選取是以一些觀察結(jié)果為依據(jù)的,通過查看相應(yīng)幾何形狀在旋轉(zhuǎn)過程中橫截面的變化而獲得的,其目標(biāo)是避免在螺棱的整個360度旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生剪切高峰。已經(jīng)使用不規(guī)則螺紋元件加工了各種材料,涉及炭黑,有機(jī)顏料,玻璃纖維等的高填充聚合物加工。在PVC的配混方面也用過不規(guī)則螺紋元件。與標(biāo)準(zhǔn)元件相比,采用不規(guī)則螺紋元件可以非常精確地控制混配過程。